JPH0230507B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、フーコー振子の実験装置に関する
ものである。

フーコー振子とは、単振動の振動面に対する地
球自転の影響を調べるために用いられる振子であ
る。

地球表面上に設置される振子の振動面は、地球
の自転の影響により北半球では上から見て時計の
針方向に回転し、緯度の地点における毎時の回
転角θは、 θ＝15゜sin 式で計算される。J.Foucanltは1851年絃の長さ67
ｍに28Kgの振子をつるして実験を行い地球自転の
証拠としたものである。

従来かかる実験を行う場合、特に長時間の実験
において、振幅を一定に維持することが困難であ
り、理論値と実験値の整合を図り得ないものであ
つた。

フーコー振子の必要的条件として、 単振動であること。即ち寄生振動を生じない
こと。

単振動面が固定支点からおろした鉛直線を中
心に360゜回転自在であること。

長時間一定の振幅を維持すること。

が挙げられる。

本発明は、上記条件を満足しかつ長時間にわた
る実験値が理論値と整合する小型フーコー振子実
験装置を提供することを目的とするものである。

この発明は一点から磁力を発揮しかつ振糸の上
端を固定する固定支点からおろした鉛直線を中心
に同心円上においては同一の磁力による吸引力を
振子に及ぼすように電磁石を設置し、 振動する振子が前記鉛直線に向う道程において
一定区間のみ電磁コイルに信号を入力し、振子に
対して吸引力を作用するようにした電磁力制御装
置を設けたことを特徴とする。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図において振子を支持する固定支点１は、
ネジ止め（図示されてない）で振糸２の長さ調節
可能としてある。

シヤロン環３の内径中心を固定支点１からおろ
した鉛直線上に一致させ固定支点１の下に配置し
てある。シヤロン環とは、振子の寄生振動を防止
するためのものであり、円形穿孔を有するリング
状のものである。該円形穿孔を半径は振糸の振幅
よりわずかに小なるものである。本発明において
は、より理論値との整合する実験値を追求するた
め、シヤロン環内周断面を略三角形状とし、振糸
がシヤロン環に接触することに起因して発生する
振子への副次的作用を極力防止すべく、振糸２
と、シヤロン環３との点接触を図つている。

振子４は球状体をしており、その上端に振糸２
を連結し、振子４下端に円錐状突起５と該突起５
基端外周に内周状反射面６とをそれらの中心点が
振子４の軸線を中心として設けてある。

振子４の形状は円形状、載頭円錐状等振子とし
ての機能を有する形状のものであればよい。

突起５は磁性体金属たとえば鉄で構成する。振
子球全体を磁性体金属をもつて構成しても数時間
程度の実験においては精度上の支障はない。

しかし本発明の指向する長時間高精度の実験値
を得るために振子４本体は非磁性体金属たとえば
真鍮を素材として構成し、かつ磁性体金属で構成
される突起５の先端を円錐状形状のものとして副
次的作用の発生を極力防止するものである。

また本実施例において振子４の突起５の先端を
円錐形状としたのは、電磁石の吸引力をその円錐
形尖端をもつて受け、より精度の高い実験測定値
を得ようとする意図でもある。

角度表示目盛板７は上記鉛直線を中心として角
度表示されている。

振子４の下に設けられる励振制御装置は電磁石
８と電磁力制御装置とからなる。

上方に向けられた電磁石のコアの尖端８′は円
錐状としてあり、かかる尖端は上記鉛直線上に合
致し、かつ静止状態の振子４に近接して設けられ
ている。

電磁石のコアの尖端８′の形状は、かかる尖端
を中心として同心円上において同一の電磁力を作
用するものであれば、他の形状のものについても
本発明の均等のものとして含まれるものである。

電磁力制御装置は発光体１０と受光体１１及び
電磁コイル９への通電を制御する電気回路１２か
らなる。

発光体１０と受光体１１は振動する振子４が電
磁石のコア尖端８′を通過する直前に、前記反射
面６により反射された光線を受光するように上記
電磁石８近傍に設けてある。

電気回路１２は第２図に示すように発光素子１
０と受光素子１１と励振部１３とシユミツト回路
１４，１４′と遅延回路１５及びスイツチングト
ランジスタ１６からなる。

発光素子は本実施例では赤外線LED１０を使
用しているが可視光線LED等でもよい。

この赤外線LED１０は抵抗を介してプラス・
マイナス電源に接続し、赤外線光線を上方に向け
て放射する。

励振部１３は可変抵抗１７と直列に接続された
電磁コイル９を有し、一方をプラス電源に、他方
をエミツタ接地されたスイツチングトランジスタ
１６のコレクタ側に接続される。

スイツチングトランジスタ１６はスイツチング
素子でありベース側入力電位が「Ｈ」であるか、
「Ｌ」であるか、により電磁コイル９への通電を
開閉する機能をもつ。

励振部１３のプラス電源側と前記スイツチング
トランジスタ１６のベース側との間に設けられた
シユミツト回路１４，１４′は論理素子からなり、
入力信号を方形波に整形するとともに極性変換機
能をもつものである。

受光素子たとえばフオトダイオード１１は一方
を前記シユミツト回路１４入力側と接続し、他方
をマイナス電源に接地されている。

フオトダイオード１１は受光したとき急激に抵
抗を減ずる機能をもつ。

かかるフオトトランジスタの感度調節は可変抵
抗２０をもつて行う。

遅延回路１５は並列に接続されたコンデンサ１
８と可変抵抗１９からなり、一方をシユミツト回
路１４，１４′の間に他方をマイナス電源に接地
されている。

次に振子４と励振制御装置との関係を第２図及
び第３図をもつて説明する。

振動する振子４が電磁石のコアの尖端８′を通
過する直前において振子４の反射面６で反射され
た光線をフオトトランジスタ１１が受光したとき
（第３図２，５）、フオトトランジスタ１１の抵抗
値は低下することにより第３図ａ点の電位が低下
するのでスイツチングトランジスタ１６のベース
側（第３図ｃ点）の入力電位は「Ｌ」となり電磁
コイル９への通電は直ちに遮断される、とともに
ｂ点の電位は「Ｈ」となりコンデンサ１８は充電
される。

したがつて振子４が電磁石尖端を通過するとき
は電磁力による振子吸引作用は零となる（OFF）
（第３図２，５）。

振子４が電磁石尖端を通過し、フオトトランジ
スタ１１による前記反射光の受光がなくなつた状
態では、フオトトランジスタ１１の抵抗値は高く
なり第３図ａ点の電位は「Ｈ」となるが、遅延回
路１５のコンデンサ１８の放電により一定時間ス
イツチングトランジスタ１６のベース側（ｃ点）
の入力電位は「Ｌ」の状態が持続され、電磁コイ
ル９の通電は遮断された状態が維持され、電磁力
は零の状態が一定時間継続する（OFF）（第３図
３，６）。

その後、スイツチングトランジスタ１６のベー
ス側（ｃ点）の入力電位が「Ｈ」に復帰したと
き、かかるスイツチング機能により電磁コイル９
への通電が開始され、電磁力による振子４の吸引
作用が行なわれる（ON）（第３図１，４）。

このスイツチングトランジスタ１６の開閉時期
のタイミングはコンデンサ１８と並列関係にある
可変抵抗１９をもつて、振子４が電磁石のコア尖
端８′に向う道程においてのみ電磁石が作動する
よう調節する。

また電磁力の強さは励振部１３内の電磁コイル
９と直列関係にある可変抵抗１７をもつて調節さ
れる。

尚、上記可変抵抗１７，１９，２０の調節は一
度行なえば再度の調節は不用である。

上記フーコー振子実験装置で、43時間にわたり
実際に実験した測定値を第４図にに挙げる。実線
は前記式における理論値を示すものであり、実測
値は点をもつてプロツトしてある。

上記説明から明らかなように小型化した実験装
置でありながら従来においては不可能とされた長
時間にわたるフーコー振子の実験を上記構成から
なる本発明により正確なる振幅及単振動を持続し
理論値との整合性ある実験値を提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における概略図、第
２図は電磁力制御装置における電気回路、第３図
は振子の動きと電磁力の作用の関係を示す図、第
４図は本発明の実施例をもつて実験した測定値を
示す表である。 ４…振子、５…磁性体金属、６…反射面、８…
電磁石、１０…発光体、１１…受光体、１２…電
磁力制御電気回路、１８…コンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振子の一端を固定する固定支点と、振子の他
   端において結合した振子と、固定支点からおろし
   た鉛直線上に中心点をもつ角度表示目盛板とから
   なるフーコー振子実験装置において、 前記鉛直線上に内径中心をもつシヤロン環を前
   記振糸を通して前記固定支点の下に設置し、 前記振子はその下端部に磁性体金属からなる突
   起と該突起基端外周に形成した反射面を有し、 静止状態の前記振子下端の突起先端に近接し鉛
   直線上上方に向けてコア尖端を有する電磁石を配
   置し、 前記電磁石近傍に発光体と受光体を配置し、振
   動する振子が前記電磁石のコアの尖端を通過する
   直前に前記発光体の光線を前記反射面で反射した
   光線を前記受光体で受光し、この受光によつて電
   磁コイルへの通電を停止し、その停止状態を一定
   時間維持したのち再び電磁コイルに通電を開始す
   るように機能する電気回路を設けたことを特徴と
   するフーコー振子実験装置。 ２ 特許請求の範囲第１項のものにおいて、磁性
   体金属からなる突起の先端を円錐状形状とし、該
   突起基端外周に形成した反射面の形状を円周上と
   し、鉛直線上方に向けて配置された電磁石のコア
   の先端を円錐状形状としたもの。 ３ 特許請求の範囲第１項のものにおいて、シヤ
   ロン環の内径を略三角形断面としたもの。